砾岩强度确定方法及装置与流程

本申请涉及地质领域，具体而言，涉及一种砾岩强度确定方法及装置。

背景技术：

砾岩储层岩石强度是砾岩油气资源评价、油藏模拟以及油气井工程设计的重要基础资料，但由于砾岩中砾石的发育特征差异，导致其力学特性呈现显著的非均质性与离散性，使得试验数量、平均值和取舍方法都具有很大的随意性，这给砾岩储层安全钻井与有效压裂改造带来巨大的困难。因此，如何将实验室物理试验所获取的离散强度数据应用于工程实际中，值得深入研究。

常规获取砾岩强度的方法是对砾岩储层进行取芯，然后对获得的岩芯样本进行单轴压缩试验，获取砾岩的单轴抗压强度，但是由于取芯钻头尺寸所限，实验室进行物理试验所采取岩芯样本的最大直径尺寸为100mm。研究表明，即使对于均质性较好的砂岩，其岩石强度具有尺寸效应，因此通过岩芯的方式获取砾岩的抗压强度具有一定的局限性。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请的目的之一在于提供一种砾岩强度确定方法，应用于数据处理设备，所述方法的步骤包括：

获取岩芯样本实体的物理参数和力学参数，所述物理参数包括所述岩芯样本实体砾石含量和砾石粒径分布，所述力学参数包括砾石与基质的压入硬度比、砾石与基质的压入模量比、单轴抗压强度以及弹性模量；

根据所述物理参数和力学参数生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型；

通过所述数值模型模拟抗压强度测试获得该数值模型对应虚拟岩芯样本的抗压强度；

通过预设算法对所述虚拟岩芯样本的直径以及该虚拟岩芯样本的抗压强度进行拟合，获得反映岩芯直径与抗压强度关系的拟合函数；

获得待测试岩芯的直径，通过所述拟合函数获得该待测试岩芯的抗压强度。

可选地，所述获取岩芯样本实体的物理参数和力学参数之前包括步骤：

获取所述岩芯样本实体点载荷试验的试验数据，所述试验数据包括多个测试点压头的加载位移以及该加载位移对应的加载载荷；

根据所述加载位移以及该加载位移对应的加载载荷获得所述砾石与基质的压入硬度比以及砾石与基质的压入模量比。

可选地，所述岩芯的长度与直径之间的比值为预设值。

可选地，所述单轴抗压强度以及弹性模量通过所述岩芯样本实体的单轴压缩试验获得。

可选地，所述根据所述物理参数和力学参数生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型的步骤包括：

根据所述砾石含量以及所述砾石粒径分布，生成所述样本实体的岩芯模型；

对所述岩芯模型中基质与岩芯的抗压强度以及弹性模量进行初始化，使得所述岩芯模型中砾石与基质的抗压强度比满足所述压入硬度比，所述岩芯模型中砾石与基质弹性模量比满足所述压入模量比；

将初始化后的岩芯模型进行单轴压缩的模拟试验，调节所述岩芯模型中砾石和基质的胶结强度，使得所述岩芯模型单轴压缩模拟试验获得的抗压强度等于所述单轴抗压强度，进而获得所述岩芯样本实体的数值模型；

通过所述岩芯样本实体的数值模型生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型。

可选地，所述预设算法为非线性最小二乘法。

本申请实施例的另一目的在于提供一种砾岩强度确定装置，应用于数据处理设备，所述砾岩强度确定装置包括参数获取模块、模型生成模块、试验模拟模块、函数拟合模块和抗压计算模块；

所述参数获取模块用于获取岩芯样本实体的物理参数和力学参数，所述物理参数包括所述岩芯样本实体砾石含量和砾石粒径分布，所述力学参数包括砾石与基质的压入硬度比、砾石与基质的压入模量比、单轴抗压强度以及弹性模量；

所述模型生成模块用于根据所述物理参数和力学参数生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型；

所述试验模拟模块用于通过所述数值模型模拟抗压强度测试获得该数值模型对应虚拟岩芯样本的抗压强度；

所述函数拟合模块用于通过预设算法对所述虚拟岩芯样本的直径以及该虚拟岩芯样本的抗压强度进行拟合，获得反映岩芯直径与抗压强度关系的拟合函数；

所述抗压计算模块用于获得待测试岩芯，通过所述拟合函数获得该待测试岩芯的抗压强度。

可选地，所述砾岩强度确定装置还包括比值计算模块，在所述获取岩芯样本实体的物理参数和力学参数之前：

所述参数获取模块还用于获取所述岩芯样本实体点载荷试验的试验数据，所述试验数据包括多个测试点压头的加载位移以及该加载位移对应的加载载荷；

所述比值计算模块用于根据所述加载位移以及该加载位移对应的加载载荷获得所述砾石与基质的压入硬度比以及砾石与基质的压入模量比。

可选地，所述模型生成模块通过以下方法生成所述岩芯样本对应的数值模型：

根据所述砾石含量以及所述砾石粒径分布，生成所述样本实体的岩芯模型；

对所述岩芯模型中基质与岩芯的抗压强度以及弹性模量进行初始化，使得所述岩芯模型中砾石与基质的抗压强度比满足所述压入硬度比，所述岩芯模型中砾石与基质弹性模量比满足所述压入模量比；

将初始化后的岩芯模型进行单轴压缩的模拟试验，调节所述岩芯模型中砾石和基质的胶结强度，使得所述数值模型单轴压缩模拟试验获得的抗压强度等于所述单轴压缩样本实体的单轴抗压强度，进而获得所述岩芯样本实体的数值模型；

通过所述岩芯样本实体的数值模型生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型。

可选地，所述预设算法为非线性最小二乘法。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的砾岩强度确定方法及装置，通过获取岩芯样本的物理参数和力学参数，并基于该物理参数和力学参数生成该岩芯样本的数值模型。基于该数值模型对不同直径尺寸的虚拟岩芯样本进行模拟抗压强度试验，获得相应的抗压强度。并通过预设算法对虚拟岩芯样本的直径以及抗压强度进行拟合获得反映岩芯直径与抗压强度关系的拟合函数，并通过该拟合函数对测试岩芯的抗压强度进行计算。如此，使得获取砾岩抗压强度不受限于岩芯尺寸的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的数据处理设备的硬件结构图；

图2为本申请实施例提供的砾岩强度确定方法的步骤流程图；

图3为本申请实施例提供的岩芯样本实体的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的拟合函数曲线图；

图5为本申请实施例提供的砾岩强度确定装置的结构图之一；

图6为本申请实施例提供的砾岩强度确定装置的结构图之二。

图标：100-数据处理设备；130-处理器；110-砾岩强度确定装置；120-存储器；502-砾石；503-基质；501-岩芯样本实体；1101-参数获取模块；1102-模型生成模块；1103-试验模拟模块；1104-函数拟合模块；1105-抗压计算模块；1106-比值计算模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参照图1，图1是本申请实施例提供的一种数据处理设备100的硬件结构图，该数据处理设备100包括处理器130、存储器120和砾岩强度确定装置110。述存储器120和处理器130各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述砾岩强度确定装置110包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器120中或固化在所述数据处理设备100的操作系统(operatingsystem，os)中的软件功能模块。所述处理器130用于执行所述存储器120中存储的可执行模块，例如所述砾岩强度确定装置110所包括的软件功能模块及计算机程序等。

所述数据处理设备100可以是，但不限于，智能手机、个人电脑(personalcomputer，pc)、平板电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant，pda)、移动上网设备(mobileinternetdevice，mid)等。

所其中，所述存储器120可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。其中，存储器120用于存储程序，所述处理器130在接收到执行指令后，执行所述程序。

所述处理器130可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

请参照图2，图2为应用于图1所示的数据处理设备100的砾岩强度确定方法的步骤流程图；以下将对所述方法包括各个步骤进行详细阐述。

步骤s100，获取岩芯样本实体的物理参数和力学参数，所述物理参数包括所述岩芯样本实体砾石含量和砾石粒径分布，所述力学参数包括砾石与基质的压入硬度比、砾石与基质的压入模量比、单轴抗压强度以及弹性模量。

步骤s200，根据所述物理参数和力学参数生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型。

可选地，对钻取的岩芯样本实体轴向的表面进行抛光处理，该数据处理设备100获取该岩芯样本实体抛光表面的照片，通过图像处理的方式获取该抛光表面中砾石含量和砾石直径的分布。请参照图3，图3为岩芯抛光表面的示意图，岩芯中包括有砾石502和基质503，通过基质503将多个砾石502黏合在一起。

可选地，在该岩芯样本的表面选取多个砾石测试点和基质测试点，对选取的测试点进行点载荷试验，即通过预设大小的压头对选取的测试点逐渐施加压力，直到该测试点的表面被破坏。记录该钻头的加载位移和该加载位移对应的加载载荷。该数据处理设备100通过以下计算方式获得砾石502与基质503压入硬度以及压入模量：

其中，p为压入硬度，d为压头的直径；fmax为加载载荷的极限载荷。

ep为压入模量；f1和f2为加载载荷中直线阶段的两载荷值；l1和l2分别为加载载荷f1与f2对应的加载位移的位移值。

进一步地，该数据处理设备100通过以下计算方式获得砾石502与基质503的压入硬度比以及砾石502与基质503的压入模量比：

其中，rp为砾石502与基质503的压入硬度比，pb与pm分别为砾石502和基质503的压入硬度。

re为砾石502与基质503的压入模量比，eb与em分别为砾石502和基质503的压入模量比。

可选地，对该岩芯样本实体501的进行单轴压缩试验，获得该岩芯样本实体501的单轴抗压强度以及单轴抗压模量。其中，若该岩芯样本实体501的尺寸下对应的强度载荷大于测试设备的最大输出载荷。可以对该岩芯样本再次进行钻芯处理，获得较小尺寸的岩芯样本实体501。值得说明的是，该较小的岩芯样本的长度与直径的比值为预设值2。例如，按照行业要求，可以钻取直径25.4mm或者直径50.8mm岩芯样本实体501。对该较少尺寸岩芯样本实体501进行单轴压缩试验，获取相应的单轴抗压强度以及弹性模量。

可选地，该数据处理设备100根据砾石502的含量以及所述砾石502的砾径分布，通过预设软件生成该岩芯样本的岩芯模型。该预设软件可以是rfpa(realisticfailureprocessanalysis，真实破裂过程分析)。进步一步地，该数据处理设备100通过该预设软件对所述岩芯模型中基质503与砾石502的抗压强度以及弹性模量进行初始化，使得所述岩芯模型中砾石502与基质503的抗压强度比满足所述压入硬度比，所述岩芯模型中砾石502与基质503弹性模量比满足所述压入模量比。

由于试验无法获得岩芯样本中砾石502与基质503单独的抗压强度，以及砾石502与基质503单独的弹性模量；只能获得砾石502与基质503的压入硬度以及砾石502与基质503的压入模量。

发明人研究发现，砾石502的压入硬度与抗压强度存在一定的比例关系，压入模量与弹性模量之间也存在一定的比例关系；同时，基质503的压入硬度与抗压强度存在一定的比例关系，压入模量与弹性模量之间也存在一定的比例关系。因此，在对岩芯模型中砾石与基质的力学参数进行初始化时，使得所述岩芯模型中砾石502与基质503的抗压强度比满足所述压入硬度比，所述岩芯模型中砾石502与基质503弹性模量比满足所述压入模量比。

可选地，通过该预设软件对该初始化力学参数后的岩芯模型进行单轴压缩试验，调节所述岩芯模型中砾石与基质的胶结强度，使得所述岩芯模型单轴压缩模拟试验获得的抗压强度等于所述单轴压缩样本实体的单轴抗压强度，进而获得该岩芯样本实体的数值模型。所述数值模型用于根据岩芯样本中各成分的物理参数和力学参数，通过数学关系对真实岩芯样的力学结构进行模拟。请再次参照图4，该胶结强度表示基质503与砾石502连接处的黏结强度。

该数据处理设备100通过该该岩芯样本实体的数值模型生成所述多个不同尺寸的虚拟岩芯样本对应的数值模型，并对多个不同尺寸的虚拟岩芯样本对应的数值模型进行模拟抗压强度测试，获取对应抗压强度。如此，通过砾石含量和砾石砾径分布建立岩芯模型，使得该岩芯模型在物理结构上与岩芯样本实体501接近。进一步地，通过根据试验获得的力学参数对该岩芯模型进行初始化，并调整胶结强度使得该岩芯模型在力学结构上尽量接近该岩芯样本的力学结构参数。如此，保证了该数值模型的精确性。

步骤s300，通过所述数值模型模拟抗压强度测试获得该数值模型对应虚拟岩芯样本的抗压强度。

可选地，针对生成的多个不同尺寸的虚拟岩芯样本对应的数值模型，该数据处理设备100分别对各个数值模型进行抗压强度模拟测试，获得对应的抗压强度。

s400，通过预设算法对所述虚拟岩芯样本的直径以及该虚拟岩芯样本的抗压强度进行拟合，获得反映岩芯直径与抗压强度关系的拟合函数。

s500，获得待测试岩芯的直径，通过所述拟合函数获得该待测试岩芯的抗压强度。

进一步地，该数据处理设备100通过预设算法对所述虚拟岩芯样本的直径以及该虚拟岩芯样本的抗压强度进行拟合，获得反映岩芯直径与抗压强度关系的拟合函数，其中，该预设算法可以是非线性最小二乘法。请参照图4，一种可能的拟合函数的曲线如图4所示。

如此，该数据处理设备100可以根据待测岩芯的直径，通过该拟合函数计算出该待测岩芯的抗压强度。

本申请实施例还提供一种砾岩硬度确定装置，应用于数据处理设备100，从功能上划分，请参照图5，该砾岩硬度确定装置包括参数获取模块1101、模型生成模块1102、试验模拟模块1103、函数拟合模块1104和抗压计算模块1105。

所述参数获取模块1101用于获取岩芯样本实体501的物理参数和力学参数，所述物理参数包括所述岩芯样本实体501砾石含量和砾石粒径分布，所述力学参数包括砾石502与基质503的压入硬度比、砾石502与基质503的压入模量比、单轴抗压强度以及单轴抗压模量。

在本申请中，该参数获取模块1101用于执行图2中的步骤s100，关于该参数获取模块1101的详细描述可以参考步骤s100的详细描述。

所述模型生成模块1102用于根据所述物理参数和力学参数生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型。

在本申请中，该模型生成模块1102用于执行图2中的步骤s200，关于该模型生成模块1102的详细描述可以参考步骤s200的详细描述。

所述试验模拟模块1103用于通过所述数值模型模拟抗压强度测试获得该数值模型对应虚拟岩芯样本的抗压强度。

在本申请中，该试验模拟模块1103用于执行图2中的步骤s300，关于该试验模拟模块1103的详细描述可以参考步骤s300的详细描述。

所述函数拟合模块1104用于通过预设算法对所述虚拟岩芯样本的直径以及该虚拟岩芯样本的抗压强度进行拟合，获得反映岩芯直径与抗压强度关系的拟合函数。

在本申请中，该函数拟合模块1104用于执行图2中的步骤s400，关于该函数拟合模块1104的详细描述可以参考步骤s400的详细描述。

所述抗压计算模块1105用于获得待测试岩芯的直径，通过所述拟合函数获得该待测试岩芯的抗压强度。

在本申请实施例中，该抗压计算模块1105用于执行图2中的步骤s500，关于该抗压计算模块1105详细描述可以参考步骤s500的详细描述。

可选地，请参照图6，该述砾岩强度确定装置110还包括比值计算模块1106，在所述获取岩芯样本实体501的物理参数和力学参数之前：

所述参数获取模块1101还用于获取所述岩芯样本实体501点载荷试验的试验数据，所述试验数据包括多个测试点压头的加载位移以及该加载位移对应的加载载荷；

所述比值计算模块1106用于根据所述加载位移以及该加载位移对应的加载载荷获得所述砾石502与基质503的压入硬度比以及砾石502与基质503的压入模量比。

可选地，所述模型生成模块1102通过以下方法生成所述岩芯样本对应的数值模型：

根据所述砾石含量以及所述砾石粒径分布，生成所述岩芯样本实体501岩芯模型；

对所述岩芯模型中砾石502与基质503的抗压强度以及弹性模量进行初始化，使得所述岩芯模型中砾石502与基质503的抗压强度比满足所述压入硬度比，所述岩芯模型中砾石502与基质503弹性模量比满足所述压入模量比；

将初始化后的岩芯模型进行单轴压缩模拟试验，调节所述岩芯模型中砾石和基质的胶结强度，使得所述岩芯模型单轴压缩模拟试验获得的抗压强度等于所述单轴压缩样本的单轴抗压强度，进而获得所述岩芯样本实体的数值模型；

通过所述岩芯样本实体的数值模型生成多个不同直径的虚拟岩芯样本对应的数值模型。

可选地，该预设算法为非线性最小二乘法。

综上所述，本申请实施例提供的砾岩强度确定方法及装置，通过获取岩芯样本的物理参数和力学参数，并基于该物理参数和力学参数生成该岩芯样本的数值模型。基于该数值模型对不同直径尺寸的虚拟岩芯样本进行模拟抗压强度试验，获得相应的抗压强度。并通过预设算法对虚拟岩芯样本的直径以及抗压强度进行拟合获得反映岩芯直径与抗压强度关系的拟合函数，并通过该拟合函数对测试岩芯的抗压强度进行计算。如此，使得获取砾岩抗压强度不受限于岩芯尺寸的影响。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。